遼寧東部山區(qū)日本落葉松胸徑生長率模型研究

沈 威

(遼寧省林業(yè)調(diào)查規(guī)劃監(jiān)測院,遼寧 沈陽 110122)

1 引言

遼寧省森林資源豐富，類型及結(jié)構(gòu)也復(fù)雜多樣，為了科學(xué)有效地進(jìn)行經(jīng)營管理，實現(xiàn)森林可持續(xù)發(fā)展，有必要對森林資源的數(shù)量、質(zhì)量以及其動態(tài)變化進(jìn)行適時地調(diào)查[1]。常用的調(diào)查方法都是通過野外實地調(diào)查來獲取森林資源數(shù)據(jù)，雖然調(diào)查結(jié)果較為準(zhǔn)確，但是該方法存在工作量大、勞動強(qiáng)度大、成本高等問題。本研究旨在通過生長率模型推算未來林分胸徑生長量，來替代傳統(tǒng)笨拙、費時、費力的調(diào)查方法。

2 模型初選

采集遼寧省東部山區(qū)本溪縣、桓仁縣、鳳城市、寬甸縣、清原縣、新賓縣、撫順縣日本落葉松標(biāo)準(zhǔn)木數(shù)據(jù)，將日本落葉松林分平均木的解析木21株數(shù)據(jù)，用ForStat軟件計算年齡間距5年所對應(yīng)的直徑生長率，獲取數(shù)據(jù)158組數(shù)據(jù)。經(jīng)搜索獲得經(jīng)驗?zāi)Ｐ停尤肽挲g進(jìn)行改進(jìn)獲取13個改進(jìn)模型，將158組數(shù)據(jù)代入1stopt軟件，計算其參數(shù)，該參數(shù)值作為ForStat軟件計算初始值[2]。

(1)P=c1+c2e-c3D+c4e-c5A

(2)P=c1+c1e-c3D-c3A

(3)P=c1+c2e-c3DA

(4)P=c1+c2D-c3+c4e-c4A

(5)P=c1+c2(DA)-c3

(6)P=c1+c2e(-c3D-c4DA)

(7)P=c1+c2D-c3+c4A-c4

(8)P=c1(DA)-c2

(9)P=c1+c2e-c3D+c4A-c4

(10)P=c1D-c2A-c3

(11)P=c1+c2D-c3A-c4

將13個模型輸入ForStat軟件，使用158組數(shù)據(jù)計算其參數(shù)(表1)，漸近標(biāo)準(zhǔn)差，殘差平方和，確定系數(shù)[3～5]。

表1 模型參數(shù)值

3 建模方程評價

3.1 平均木胸徑生長率模型變動系數(shù)

參數(shù)穩(wěn)定性是評價通用模型極為重要一條準(zhǔn)則。參數(shù)變動系數(shù)=參數(shù)漸近標(biāo)準(zhǔn)差/參數(shù)估計值[6](表2)。

表2 模型參數(shù)變動系數(shù)

一般情況下，參數(shù)變動系數(shù)超過50%模型不穩(wěn)定，由表2可以確定1、3、4、5、6、7、8、9、10、13方程式穩(wěn)定。

3.2 穩(wěn)定模型方程檢驗指標(biāo)計算

殘差平方和：麥夸特迭代程序計算輸出。

復(fù)相關(guān)系數(shù)：麥夸特迭代程序計算輸出確定系數(shù)，由確定系數(shù)開平方得出復(fù)相關(guān)系數(shù)，為了便于比較一般取正數(shù)。

(1)

(2)

(3)

(4)

(5)

表3 日本落葉松模擬方程選優(yōu)精度對照

3.3 RSR值綜合評價

所謂RSR，即秩和比。把各指標(biāo)值排序(排“秩”R)僅以“秩”R來計算，當(dāng)指標(biāo)“高優(yōu)”時，按“升序”排秩，最小值為1，即R值最高者優(yōu)，當(dāng)指標(biāo)“低優(yōu)”時，按“降序”排秩，最大值排為1，即R值最低者優(yōu)[8,9]。當(dāng)各指標(biāo)的“秩”相加時(“秩和”，ΣR), ΣR值最大者則最優(yōu)，當(dāng)m為指標(biāo)數(shù)，n為參加排序的單位數(shù)，以下式計算RSR值，RSR=ΣR/(mn)。

通過計算RSR并排序，4號公式最優(yōu)(表4)。

表4 檢驗7項指標(biāo)的“秩”值R及排序結(jié)果

P=-0.016342+0.229362D-0.628863

+0.167318e-0.167318A

4 適用性檢驗

為檢驗選定模型的適用精度，選日本落葉松平均木3株29個解析數(shù)據(jù)，檢驗方法用總相對誤差(RS)法和F檢驗，當(dāng)RS小于3%且大于-3%，同時通過F檢驗(F≤F0.05)，則選定模型適用，否則應(yīng)重新建?；蜻x擇其它模型檢驗[10]。

4.1 總相對誤差

(6)

4.2 F檢驗

根據(jù)實測胸徑生長率yi和推算胸徑生長率xi建立回歸直線方程yi=a+bxi，若實測胸徑生長率與推算胸徑生長率無差異時，則直線截距a=0，斜距b=1，說明胸徑生長率模型適用[12]。反之，則需在一定可靠性條件下，將點列回歸直線參數(shù)a、b與理想直線參數(shù)α=0，β=1進(jìn)行差異性檢驗。將檢驗相關(guān)數(shù)據(jù)代入方程式得回歸系數(shù)估計值。

(7)

(8)

直線參數(shù)的F值檢驗公式：

=-0.002665

(9)

表5 日本落葉松平均木直徑生長率F檢驗值

通過以上數(shù)據(jù)分析，日本落葉松平均木胸徑生長率：

P=-0.016342+0.2296362D-0.628863+0.167318e-0.167318A式通過適用性檢驗。

在試驗區(qū)隨機(jī)抽選的30個地塊，面積約25 hm2，采用本方法建立的胸徑生長率模型推算胸徑生長量與選中地塊三年內(nèi)生長數(shù)據(jù)對比，接近實際生長量，該模型精度可靠。

5 結(jié)論與討論

根據(jù)國內(nèi)外的研究表明，胸徑與生長率相關(guān)最為密切，其次是年齡。且生長率隨著胸徑和年齡的增加而下降，通常呈現(xiàn)出反“J”型或負(fù)指數(shù)型曲線。因此，采用胸徑加年齡兩個因子為自變量來建立胸徑生長率模型，再結(jié)合樹高生長率模型，可以預(yù)測未來林分蓄積量。在接下來的研究工作中，可以采取抽樣調(diào)查的方式對日本落葉松標(biāo)準(zhǔn)木樣地進(jìn)行現(xiàn)狀因子調(diào)查和測定，并將最新的測定數(shù)據(jù)補充到建?；A(chǔ)數(shù)據(jù)中，對模型進(jìn)行重新擬合或修正和改進(jìn)，使模型的預(yù)測更接近于現(xiàn)實林分的生長變化規(guī)律。